地铁振动对相邻砖木结构房屋影响实测分析

■ 李占鸿 LI Zhanhong 王 英 WANG Ying 陆 珏 LU Jue

0 引言

随着现代经济的发展及城市化的推进，交通问题日益突出。城市轨道交通以其安全、准时、舒适、快捷等特点，成为国内外大中城市和地区解决城市交通的重要手段。由于城市交通线路有时不可避免地穿过人口稠密区域，如居民区、医院、科研院所、古迹区域等，其振动问题越来越受到人们的重视。

相对来说，地铁振动属于微振动。对于一般建筑，建筑安全的阈值比较高，通常不会损坏其结构安全性。然而，对于某些早期建筑：由于材料强度较低、施工质量较差、累计损伤较多等原因，导致其结构对振动的抵抗能力较弱；此时，振动可能对结构安全产生影响，导致地基不均匀沉降、构件开裂等，严重时造成建筑物倒塌。已有研究表明，地铁振动对保护级建筑物的结构安全具有较大的影响。

国内外针对地铁振动，基本以振动产生阶段、传播阶段、作用阶段作为研究目标，分别从振动源、振动传播途径、振动作用处入手展开研究。主要有针对地铁振动的理论研究，对传播规律进行分析的现场实测及数值模拟等[1-4]。对于砖木结构住宅受地铁振动的损伤方面，目前研究较少，还缺乏相关的测试数据。为此，本文以上海市某砖木结构住宅为研究对象，对其地铁振动下的振动响应及损伤进行实测分析。

1 工程概况

某房屋为西班牙式风格的2层砖木结构（图1），处于上海地铁10号线宋园路站和虹桥路站之间，与地铁10号线距离约为50m（图2），2007年曾进行过保护性修缮。据现场调查，10号线宋园路站单个方向发车时间间隔约为5min。

2 现场实测

2.1 测点布置

图1 某2层砖木结构房屋

图2 楼板测点布置示意图

根据《城市区域环境振动测量方法》（GB 10071—88）规定以及现场测量环境，在一层客厅和房间楼板分别布置2个测点；由于二层楼板均为木地板（较松软），因此，在二层走廊平坦、坚实的大理石地板上布置1个测点（图2）。每个测点包括三分量传感器，方向分别为建筑物的东西向、南北向及铅垂向。

2.2 监测仪器

测试时，根据现场情况布置测点（图3）及拾振器，由941B型拾振器接收振动信号，经941型放大器（放大），送NIUSB6210采集卡采集，再由计算机进行存储及数据处理。

2.3 依据标准

本次监测依据的标准有：《城市区域环境振动测量方法》（GB 10071—88）、《城市区域环境振动标准》（GB 10070—88）、《机械振动与冲击人体暴露于全身振动的评价》（GB/T 13441.1—2007）、《中国地震烈度表》等。

2.4 测量结果

图3 现场振动测试照片

图4 测点1(1层客厅)3个方向的加速度时域曲线图(15:56～16:26)

3个测点楼板东西向、南北向和铅垂向半小时的加速度时域曲线如图4～6所示。测点水平向加速度最大峰值列于表1。从结果可知，楼板水平向最大加速度响应为24.11mm/s2。依据推荐性国家标准《中国地震烈度表》（GB/T 17742—2008），其强弱程度相当于烈度2～3度的小震水平。

3 实测结果分析

3.1 振动对房屋的影响评价

按照《城市区域环境振动测量方法》（GB 10071—88）规定，以及推荐性国家标准《机械振动与冲击人体暴露于全身振动的评价》（GB/T 13441.1—2007）中有关“振动评价”的规定，从整段铅垂向加速度时程曲线中取出至少5段地铁经过时的响应曲线，对每段铅垂向加速度响应信号进行1/3倍频程谱中心频率的频率计权，按计权因素修正后，对1/3倍频程谱带数据求和得到频率计权加速度，计算每一时间段内铅垂向Z振级，计算公式为：

表1 测点水平向加速度最大峰值

图6 测点3(2层走廊)3个方向的加速度时域曲线图(15:56～16:26)

式中：a—频率计权的振动加速度m/s2；

a0—基准加速度值，a0=10-6m/s2。

采用的评价量为地铁经过时振级测量值的算术平均值。按照《城市区域环境振动测量方法》（GB 10071—88）有关“测量数据记录和处理”的规定，列出各层测点在地铁经过时引起的楼板铅垂向Z振级VLZ及数据的测量时间，如表2、3给出了测点1昼间和夜间铅垂向最大振级VLZ。各测点昼间和夜间铅垂向最大振级VLZ平均值见表4。由结果可知，在昼间不同时间段，一层楼板铅垂向Z振级VLZ的平均值在60.6～62.5dB之间，2层平均值在61.3～61.7dB之间；在夜间至凌晨不同时间段，1层楼板铅垂向Z振级VLZ的平均值在56.4～57.6dB之间，2层平均值为57.5dB。

表2 测点1昼间铅垂向最大振级VLz

表3 测点1夜间至凌晨铅垂向最大振级VLz

表4 测点昼间、夜间至凌晨铅垂向最大振级VLz平均值/dB

根据《城市区域环境振动标准》（GB 10070—88）中对城市各类区域Z振级标准值的规定，测试建筑物属于交通干线道路两侧的适用地带范围。根据监测结果，建筑物各层楼板铅垂向Z振级VLZ的昼间评价量为62.5dB（取较大值），夜间评价量为57.6dB（取较大值），均小于《城市区域环境振动标准》（GB 10070—88）中有关“交通干线道路两侧标准值为75dB，夜间标准值为72dB”的规定限值。

3.2 损伤监测结果分析

建筑物振动响应进行实测的同时，对建筑物产生的损伤进行监测。本次监测未发现建筑物出现明显的裂缝、倾斜、位移等损伤，因而得出结论，地铁振动的影响主要以舒适度影响为主。

4 结语

综上所述，通过上海某砖木结构住宅受相邻地铁振动影响的实测，发现对该房屋产生的振动和损伤较小。本次监测为地铁振动影响研究积累了数据。为了进一步研究软土地区地铁振动对既有住宅的影响，后续研究可选择地铁沿线更多类型结构房屋进行监测，同时考虑房屋既有损伤的影响。本研究成果可为进一步研究地铁振动诱发建筑物的振动水平提供依据，为保障地铁沿线既有住宅安全使用及管理提供一定的技术参考。